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-Para avaliarumaestruturacristalina, énecessáriousaras figurasde difração produzidas por ondas que interagem com os átomos e que possuemcomprimentosde onda() comparáveis(da ordemoumenores) com a ordemde grandezadas distânciasinteratômicas.

-A estruturacristalinapodeser estudadaatravésda difraçãode fótons, elétronsde altaenergiae neutrons.

-A difraçãodependeda estruturacristalinae do comprimentode ondada radiação.

-Because X-rays have wavelengths similar to the size of atoms, they are useful to explore within crystals.

Difração dos raios-X

-Os raios-X podem afetar um filme fotográfico assim como a luz visível.

-Raio-X éuma radiação eletromagnética exatamente com a mesma natureza da luz visível mas de comprimento de onda muito pequeno.

-Os raios-X são mais penetrantes que a luz visível e podem facilmente atravessar o corpo humano, madeira, metal e outros objetos opacos.

Aplicação dos raios-X

Resoluçãoda técnica: 10 -3 m

Resoluçãoda técnica: 10 -7 m

Espectrode raios-X

-Os raios-X se encontram na região entre os raios-gama e raios ultravioleta no espectro eletromagnético.

-A difração pode indiretamente mostrar detalhes de estrutura interna dos materiais da ordem de 10 -7 m de tamanho.

Características dos raios-X

1 nm= 10 -9 m = 10 Å

Luz visível = 6000 Å Raios-X usado em difração -= 0.5 -2.5 Å

X-rays are electromagnetic waves of very short wavelength (of the order of 0.1 nm). It would be impossible to construct a grating having such a small spacing by the cutting process. However, the atomic spacing in a solid is known to be about 0.1 nm.

4 Espectro de ondas eletromagnéticas

Energia dos raios-X

Comprimentode ondaversus energiada partícula, parafótons, elétronse neutrons.

A energia() de um fótonde raioX érelacionadacom o seu comprimentode ondasegundoa equaçãode Einstein:

= h=hc/ onde: = energia h = constantede Planck = 6,63 x 10 -34 Joule.s

= frequência c = velocidadeda luz= 3,0 x 108 m/s

= comprimentode onda

1 eV= 1,602 x 10 -19 joule

Em unidades mais usadas no laboratório:

(Å) = 12,4 / (keV)

Para o estudodos cristais, osfótonsdevempossuirenergiasno intervaloentre 10 e 50 keV.

Logo, comoosraios-X possuemmenorcomprimentode onda do quea luzvisível, elespossuemenergiamais elevada.Devidoa suaelevadaenergia, osraios-X podem penetrarmaisfacilmenteno material do quea luzvisível.Esta capacidade depende também da densidade do material.

Para oselétrons: (Å) = 12 / [(eV)] 1/2

Difração dos raios-X

Comprimentode ondaversus energiada partícula, parafótons, elétronse neutrons.

Raios atômicos e estrutura cristalina para diversos metais. FCC –face-centered cubic HCP –hexagonal close-packed BCC = body-centerdcubic

From diffraction patterns we can: • measure the average spacings between layers or rows of atoms; •determine theorientationofa singlecrystalorgrain;

• find the crystal structure of an unknown material; and

•measurethesize, shapeandinternalstress ofsmall crystalline regions.

There are various diffraction techniques currently employed which result in diffraction patterns. These patterns are records of the diffracted beams produced.

Difração dos raios-X

X-ray tube–consist of: -On evacuated chamber with a tungsten filament at one end of the tube, called thecathode, and a metal target at the other end, called an anode. -Electrical current is run through the tungsten filament, causing it to glow and emit electrons.A large voltage difference (measured in kilovolts) is placed between the cathode and the anode, causing the electrons to move at high velocity from the filament to the anode target. -Upon striking the atoms in the target, the electrons dislodge inner shell electrons resulting in outer shell electrons having to jump to a lower energy shell to replace the dislodged electrons.These electronic transitions results in the generation ofX-rays.The X-rays then move through a window in the X-ray tube and can be used to provide information on the internal arrangement of atoms in crystals or the structure of internal body parts.

Produção dos raios-X

Os raios-X são produzidos quando uma partícula carregada com suficiente energia édesacelerada rapidamente. Raios X podem ser produzidos quando elétrons são acelerados em direção a um alvo metálico.

Tubo para produção dos raios-X

Na figura estárepresentada esquematicamente a estrutura de um tubo eletrônicode

Röntgen. O cátodo C éuma espiral de volfrâmio, que emite elétrons graças àemissão termoeletrônica. O cilindro Cl foca o feixe de elétrons que depois colidem com o eletrodo metálico (ânodo) A. Durante este processo, formam-se os raios X. A diferença de potencial entre o cátodo e o ânodo atinge várias dezenas de quilovolts. No tubo forma-se um alto vácuo; a pressão do gás neste tubo éde 10 -5

A estrutura do tubo de Röntgen

Produção dos raios-X

Continuous and Characteristic X-ray Spectra

When the target material of the X-ray tube is bombarded with electrons accelerated from the cathode filament, two types of X-ray spectra are produced.The first is called the continuous spectra.

O choque do feixe de elétrons (que saem do catodo com energia de dezenas de KeV) com o anodo (alvo) produz dois tipos de raios X. Um deles constitui o espectro contínuo, e resulta da desaceleração do elétron durante a penetração no anodo. O outro tipo éo raio X característicodo material do anodo. Assim, cada espectro de raios X éa superposição de um espectro contínuo e de uma série de linhas espectrais características do anodo.

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